BADANIE RÓŻNORODNOŚCI I LICZEBNOŚCI TAKSONÓW MEIOFAUNY NA WYBRANYCH PLAŻACH ZATOKI GDAŃSKIEJ ORAZ WPŁYW EKSPANSJI TURYSTYCZNEJ NA ROZWÓJ TEJ GRUPY ORGANIZMÓW. Autor: Justyna Jończyk Klasa: IIIE Opiekun: mgr Katarzyna Kudela Szkoła: XIV Liceum Ogólnokształcące z Oddziałami Dwujęzycznymi im. Mikołaja Kopernika w Gdyni
Streszczenie Celem niniejszej pracy było zbadanie meiofauny na wybranych plażach Zatoki Gdańskiej pod względem zróżnicowania jej taksonów oraz liczebności organizmów w obrębie każdego z nich. Dodatkowo dokonano oceny zależności między liczebnością i różnorodnością meiofauny a typem osadu i zawartością materii organicznej. Określono także wpływ ekspansji turystycznej człowieka na rozwój tej grupy organizmów w głębi plaż w odległości 10-15 metrów od linii brzegowej. Materiał do analizy został pobrany w ciągu jednego tygodnia, jednorazowo na każdym z 6 stanowisk w lipcu 2013 roku. Z każdego stanowiska pobrano po 6 prób osadu, które przeanalizowano pod względem liczebności meiofauny i jej przynależności do wyższych jednostek taksonomicznych. Łącznie oznaczono 19646 osobników. Dodatkowo, pobrano również po 2 próby osadu z każdego stanowiska, które posłużyły do wykonania analizy granulometrycznej i zbadania zawartości materii organicznej. Praca badawcza została przeprowadzona w lipcu i sierpniu 2013 roku w Morskim Instytucie Rybackim w Gdyni przy konsultacji z dr. Barbarą Urban-Malingą. Przeprowadzone przeze mnie badania wykazały, że: (1) różnorodność taksonów oraz liczebność meiofauny są zależne od uziarnienia sadu i zawartości materii organicznej; (2) różnorodność taksonów meiofauny spada wraz z rosnącą zawartością materii organicznej i wielkością uziarnienia osadu; (3) najwyższy współczynnik Nematoda do Copepoda, świadczący o stopniu zanieczyszczenia wód, stwierdzono na stanowisku w Sopocie, co może być spowodowane spływem wód deszczowych przez Potok Swelina i dużą ekspansją turystyczną w sezonie letnim; (4) ze względu na dużą średnicę ziaren osadu i zawartość materii organicznej meiofauna najlepiej rozwija się na plaży w Gdyni Śródmieściu oraz Gdyni - koniec bulwaru. Wstęp Organizmy zaliczane do meiofauny żyją w osadach dennych mórz i zbiorników słodkowodnych. Są to drobne organizmy zwierzęce o wielkości ciała wahającej się od 38 µm do 1 mm. Meiofauna to grupa organizmów sztucznie wyróżniona z metodologicznych względów, ale posiadająca własną, charakterystyczną strukturę funkcjonalną i odrębną historie ewolucyjną. Jest to zespół organizmów pośrednich między mikrofauną a makrofauną, Wybrani przedstawiciele meiofauny do którego należą przedstawiciele wielu typów (zdjęcia wykonane przez autorkę pracy) bezkręgowców. Liczebność i różnorodność tych organizmów jest od wielu czynników, takich jak na przykład uziarnienie osadu, jego wysortowanie, natlenienie, zawartość materii organicznej w osadzie oraz stopień zanieczyszczeń danego środowiska. Niektóre taksony meiofauny preferują dobrze natlenione osady, podczas gdy inne dobrze znoszą słabe natlenienie. Dzięki temu meiofauna może stanowić pewnego rodzaju bioindykator świadczący o stanie danego środowiska. Dodatkowo, organizmy meiobentosowe biorą udział w rozkładzie materii organicznej, zapobiegając nagromadzeniu się jej w środowisku. Celem przeprowadzonych badań było ustalenie liczebności i zróżnicowania taksonów meiofauny na wybranych stanowiskach Zatoki Gdańskiej oraz wpływu ekspansji turystów na rozwój organizmów na wybranych stanowiskach. 1.Wirki (Turbellaria) 2.Widłonóg (Copepoda) 3.Nicień (Nematoda) 4.Skąposzczet (Oligochaeta)
Materiały i metody I. Rozmieszczenie stanowisk, z których pobrano próby piasku z linii wody i w odległości 10-15m od linii brzegowej w głąb plaży 6 5 4 3 2 1 1.Sopot 2.Gdynia, rejon zakończenia bulwaru nadmorskiego 3.Gdynia Śródmieście 4.Babie Doły 5.Rewa 6.Władysławowo Próbki osadu zostały pobrane jednorazowo na każdym z 6 stanowisk w lipcu 2013 roku. Przy doborze stanowisk kierowałam się zróżnicowaną eksploatacją turystyczną plaż w sezonie letnim (Władysławowo 500 tyś, Gdynia 770 tyś, Sopot 900 tyś, dane pochodzą od rzeczników prasowych miast oraz ze stron internetowych urzędów miast, dotyczą okresu od czerwca do sierpnia 2013 roku). II. Metodyka prac terenowych Z każdego stanowiska pobrano 6 próbek piasku, po 3 próbki na linii wody i w odległości 10-15m od linii brzegowej w głąb plaży, które przeanalizowano pod względem liczebności taksonów meiofauny oraz 2 próbki do analizy granulometrycznej osadu oraz oceny zawartości materii organicznej. Próbki piasku pobierano za pomocą trzech plastikowych rurek o średnicy 10cm 2 wbitych na głębokość 15cm. Pobrany w ten sposób materiał do oceny liczebności meiofauny umieszczono w oznakowanych słoikach i zalano formaliną, podczas gdy osad do analizy uziarnienia i zawartości materii organicznej umieszczono w woreczkach i zamrożono je w temperaturze -20 C. W sumie pobrano 36 próbek piasku do oznaczenia meiofauny i 12 woreczków z piaskiem do zbadania uziarnienia i zawartości materii organicznej. III. Metodyka prac laboratoryjnych Przebieg przeprowadzonego przeze mnie doświadczenia ilustruje przedstawiony poniżej schemat. Wyniki przeprowadzonych badań zostały opracowane w programie EXCEL. Uśredniono je i skonstruowano wykresy: różnorodności taksonów ze stanowisk na linii wody; całkowitej liczebności meiofauny na stanowiskach; określenie stosunku Nematoda do Copepoda na stanowiskach linii wody; udziałów taksonów na stanowiskach plaży i linii wody. W programie PRIMER (wersja 6) obliczono współczynnik różnorodności Shannona-Wienera. Wykres zależności miedzy różnorodnością taksonów a wielkością uziarnienia i zawartością materii organicznej przygotowano w programie STATISTICA 9. Parametry uziarnienia osadu obliczono w programie GRADISTAT.
Wyniki Wykres 1. Całkowita liczebność meiofauny na badanych stanowiskach (średnia ± odchylenie standardowe). Najwyższą średnią liczebność meiofauny odnotowano na stanowisku Gdynia Śródmieście, a najniższą w Sopocie. Liczebności meiofauny na stanowiskach oddalonych od linii wody były znacznie niższe niż na linii wody. Największą liczebność wśród stanowisk oddalonych od linii wody odnotowano we Władysławowie, a najmniejszą w Rewie Wykres 2. Udział poszczególnych taksonów meiofauny na badanych stanowiskach linii wody. We Władysławowie można zaobserwować największą różnorodność taksonów, występują tam Copepoda, Nematoda, Turbellaria, Gastrotricha, Ostracoda, Oligochaeta oraz Rotifera; najmniej taksonów odnotowano w Sopocie i są to Copepoda, Nematoda, Turbellaria, Oligochaeta, Rotifera. Na plaży w Gdyni Śródmieściu dominują Copepoda, a w Gdyni - koniec bulwaru - Turbellaria. Plaże w Rewie i Babich Dołach charakteryzuje podobna, wysoka różnorodność meiofauny.
Wykres 3. Udział taksonów na badanych stanowiskach plaż oddalonych 10-15m od linii brzegowej w głąb plaży. Na wszystkich badanych stanowiskach oddalonych od linii wody dominują dwa taksony Nematoda i Oligochaeta, co świadczy o małej różnorodności meiofauny w tej strefie plaży. Najwięcej Nematoda jest na stanowisku Gdynia - koniec bulwaru, a najmniej w Rewie. Najwyższa liczebność Oligochaeta występuje we Władysławowie, a najniższa w Rewie. Wykres 4. Współczynnik różnorodności Shannona-Wienera na badanych stanowiskach linii wody. Największą różnorodność taksonów stwierdzono na stanowisku we Władysławowie, natomiast najmniejszą na obu stanowiskach w Gdyni. Wykres 5. Różnorodność taksonów na badanych stanowiskach linii wody w zależności od średnicy ziarna osadu. Różnorodność maleje wraz z rosnącą średnicą ziarna. We Władysławowie jest największa różnorodność taksonów przy najmniejszej średnicy ziarna, a najniższa różnorodność jest w Gdyni - koniec bulwaru przy największym uziarnieniu. Rewa i Babie Doły są do siebie zbliżone pod względem różnorodności i wielkości ziarna, która wynosi około 580µm. Gdynia Śródmieście charakteryzuje się drobnym osadem, a mimo to niską różnorodność. Wykres 6. Różnorodność taksonów na badanych stanowiskach linii wody w zależności od zawartości materii organicznej. Im wyższa zawartość materii organicznej tym niższa różnorodność. Najniższa zawartość materii organicznej jest we Władysławowie, a najwyższa zaś na obu stanowiskach w Gdyni.
Dyskusja Meiofauna to określenie dla mikroskopijnie małych, ruchliwych wodnych zwierząt, żyjących w dnie mórz, oceanów, zbiorników słodkowodnych oraz na plażach. Zaliczamy do nich między innymi Nematoda, Copepoda, Oligochaeta, Ostracoda, Rotifera, Turbellaria, Gastrotricha, Acari oraz większe pierwotniaki, takie jak Ciliata i Amoebozoa. Do wypłukania meiofauny z osadu wykorzystywane są sita o wielkości oczek w zakresie 32-63µm. Pod względem wielkości meiofauna jest grupą pośrednią pomiędzy mikrofauną a makrofauną. Uziarnienie osadu badane przy pomocy analizy granulometrycznej jest kluczowym czynnikiem wpływającym na różnorodność i liczebność tej grupy organizmów. Osady drobnoziarniste, które charakteryzuje duża powierzchnia i różnorodność dostępnych nisz są zazwyczaj zajmowane przez bardziej różnorodną faunę niż osady gruboziarniste, które są lepiej natlenione oraz oferują więcej przestrzeni do życia, jednak najczęściej zdominowane są przez jeden takson.. Przedstawione zależności zgadzają się z wynikami badań, które przedstawiam w mojej pracy (wykresy 1, 2, 5). Dla ich potwierdzenia można porównać stanowiska we Władysławowie i Gdyni - koniec bulwaru. Na plaży we Władysławowie zdominowanej przez piaski drobnoziarniste odnotowałam niższą liczebność i wyższą różnorodność meiofauny, niż w gruboziarnistych osadach na plaży w Gdyni zdominowanej przez jeden takson Turbellaria. Dominacja tego taksonu i obecność dużych, drapieżnych osobników na stanowisku w Gdyni jest typowa dla gruboziarnistych osadów plaż strefy umiarkowanej i arktycznej. Na stanowisku zdominowanym przez drobny piasek w Gdynia Śródmieściu różnorodność meiofauny była także niska, a dominującą grupą były Copepoda. Prawdopodobnie spowodowane jest to wysoką zawartością materii organicznej (wykres 6), której rozkład może sprzyjać rozwojowi bakterii i okrzemek będących źródłem pokarmu dla tej grupy. Na podstawie uzyskanych wyników wywnioskować można, że na stanowiskach we Władysławowie, Sopocie, Rewie i Babich Dołach osad jest drobny i cechuje go niska zawartość tlenu, natomiast stanowisko w Gdyni - koniec bulwaru jest środowiskiem dobrze natlenionym, sprzyjającym rozwojowi konkretnych taksonów. Głównymi organizmami charakteryzującymi meiofaunę są Nematoda i Copepoda oraz Oligochaeta i Turbellaria. Według badań przeprowadzonych w 1995 roku przez prof. dr hab. Zbigniewa Witka z Morskiego Instytutu Rybackiego w Gdyni, który badał meiofaunę na terenie wybrzeża Zatoki Gdańskiej, największe liczebności meiofauny występowały na piaszczystym i piaszczysto-mulistym dnie na głębokościach nieprzekraczających 50m. Poniżej tej głębokości liczebność meiofauny była kilkukrotnie niższa z powodu mulistego osadu. Jednak pomimo pogarszania się warunków tlenowych zawsze stwierdzano obecność Nematoda. Przytoczone wyniki potwierdzają, że Nematoda to organizmy, które przystosowują się do pogarszających się warunków tlenowych otoczenia. Uzyskane wyniki wskazują na to, że innym czynnikiem wpływającym na liczebność i różnorodność meiofauny jest zawartość wody w osadzie. Badając stanowiska na linii wody i stanowiska oddalone 10-15m od linii brzegowej, zaobserwowałam, że liczebność i różnorodność meiofauny jest istotnie większa na linii wody niż ta ze stanowisk w głębi plaży (wykresy 1, 2, 3). W osadach oddalonych od linii brzegowej zaobserwowałam występowanie tylko dwóch taksonów Oligochaeta i Nematoda, co oznacza, że organizmy te są przystosowane do życia w środowisku z ograniczonym dostępem do wody. Obecność wody w środowisku ma również znaczenie dla liczebności tych organizmów. Na wykresie 1, porównującym stanowiska z plaży i z linii wody, można zaobserwować istotną różnicę w liczebności tych organizmów. Zawartość materii organicznej w osadzie jest również czynnikiem wpływających na liczebność meiofauny. Z moich badań można wywnioskować, że zawartość materii organicznej jest skorelowana z wielkością uziarnienia (wykresy 5, 6), a oba te czynniki maja wpływ na różnorodność organizmów na poszczególnych stanowiskach. Maleje ona wraz z rosnącą zawartością materii organicznej i rosnącą wielkością ziarna osadu. Na stanowisku we Władysławowie przy najmniejszej zawartości materii organicznej zaobserwowano największą różnorodność, natomiast przy dużej zawartości materii organicznej na stanowiskach w Gdyni zaobserwować można dominację jednego taksonu (wykresy 1, 2).
Wykres 7.Stosunek Nematoda do Copepoda na badanych stanowiskach na linii wody (średnia ± odchylenie standardowe). Najwyższy stosunek Nematoda do Copepoda zaobserwowano w Sopocie, natomiast najniższy w Gdyni Śródmieściu. Im wyższy jest stosunek Nematoda do Copepoda tym gorsze są warunki środowiska. Na różnorodność organizmów występujących na stanowiskach ma wpływ, oprócz zawartości materii organicznej czy wielkości ziaren osadu, również stopień eksploatacji i zanieczyszczenie danego środowiska. Wyliczony stosunek Nematoda do Copepoda (wykres 7) pozwala na próbę oceny warunków sanitarnych badanych plaż. W pracy badawczej, przygotowanej na XXXVII Olimpiadę Biologiczną przez absolwentkę XIV Liceum Ogólnokształcącego w Gdyni, Justynę Kostiuk, pt.: Colifagi jako bioindykatory zanieczyszczenia przybrzeżnych wód powierzchniowych Zatoki Gdańskiej, autorka stwierdziła, że na terenach, gdzie zaobserwowano dopływ wód ze ścieków komunalnych w Sopocie, ilość bakteriofagów jest bardzo duża i są one indykatorami zanieczyszczenia wód. Ich liczba wzrasta wraz z ingerencją i obecnością człowieka, a co za tym idzie również zanieczyszczeniem. Wysoki stosunek Nematoda do Copepoda zaobserwowany w Sopocie można uzasadnić dopływem ścieków deszczowych doprowadzanych do Potoku Swelina. Wody potoku są oczyszczane w systemie hydrotechniczno-hydrofitowym, ale mimo to w okresie deszczowym skala zanieczyszczeń jest bardzo wysoka, powoduje to zanieczyszczenie wód przybrzeżnych w Sopocie gdzie Potok Swelina ma swoje ujście. Takie warunki odzwierciedlił stosunek tych dwóch taksonów oraz bardzo niska liczebność i różnorodność (wykres 1,2). Świadczy to o środowisku, w którym rozwój organizmów jest ograniczony. Chciałam również odnieść się do stopnia eksploatacji turystycznej danych stanowisk i jego wpływu na różnorodność i liczebność gatunków meiofauny. Na podstawie wypowiedzi rzeczników prasowych oraz danych publikowanych na stronach urzędów miast, w sezonie letnim od czerwca do sierpnia 2013 roku przebywało w Sopocie około 900tyś, we Władysławowie było to około 500tyś a w Gdyni było to około 770tyś turystów. Sadzę, że większość z nich wiele czasu spędziła na pomorskich plażach, przyczyniając się do ich zanieczyszczenia wpływającego na liczebność i różnorodność taksonów meiofauny. Można to stwierdzić na podstawie wykresu 1, 2 i 3, gdzie tego typu eksploatacja szczególnie wpływa na plażę w Sopocie powodując bardzo niską różnorodność i liczebność tych organizmów, w porównaniu do Władysławowa, gdzie różnorodność jest bardzo wysoka, a liczebność jest pośrednia między Gdynią i Sopotem. Jak można zaobserwować zarówno eksploatacja turystyczna, jak i inne wyżej wymienione czynniki wpływają na różny rozwój tych organizmów. Plaże wzdłuż Zatoki Gdańskiej z wyjątkiem Sopotu stwarzają odpowiednie warunki do życia tej grupy organizmów. Piśmiennictwo 1. Giere O. (2009) Meiobenthology: The Microscopic Motile Fauna of Aguatic Sediments - Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2. Witek Z. (1995) Produkcja biologiczna i jej wykorzystywanie w ekosystemie morskim w zachodniej części Basenu Gdańskiego - Morski Instytut Rybacki, Gdynia 3. Higgins R. P., Thiel H. (1988) Introduction to the Study of Meiofauna Smithsonian Institution Press, London, Washington D.C 4. Urban-Malinga B (2013) Meiobenthos in marine coastal sediments. [W]: I.P Martini & H.R. Wanless (Eds), Sedimentary Coastal Zones from High to Low Latitudes: Similarities and Differences. Geological Society, London, Special Publications 5. Gajewska M., Stosik M., Wojciechowska E., Obarska-Pempowiak H. (2013) Wpływ technologii oczyszczania ścieków na spektrum rozmiarów cząstek w odpływie, Środowiskowo-Pomorskie Towarzystwo Naukowe Ochrony Środowiska, Politechnika Gdańska